ГЛАВА 4. МОРСКИЕ ПОРТОВЫЕ
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ
Действие морской среды па материал конструкций гидра технических сооружений
Зоны коррозионного разрушения морских сооружений
Морские гидротехнические сооружения подвергаются различным воздействиям морской среды:
а) механическим - при воздействии на сооружение волнения,
льда и наносов;
б) химическим - при взаимодействии растворённых в морской воде
химических элементов с материалом конструкций;
в) физическим - при давлении на стенки пор материала
химических новообразований, кристаллов солей, выпавших из рас
при испарении воды, или кристаллов льда, образовавшихся при
замерзании воды внутри пор.
В результате указанных воздействий морской среды на конструкцию происходит разрушение её материала - коррозия, что снижает срок службы сооружений, то есть их долговечность.
Морские гидротехнические сооружения обычно опираются непосредственно на дно (гравитационные) или заглублены в грунт ниже дна (свайные, шпунтовые) и возвышаются над водой. Интенсивность воздействия морской среды на материал конструкций по высоте сооружения неодинакова, в связи с чем выделяют четыре зоны морской коррозии.
|
|
Зона А - надводная, отстоящая от среднего уровня воды на 3-4 м и подвергающаяся смачиванию брызгами морской воды только во время шторма. Это зона атмосферной коррозии с неограниченным доступом влажного воздуха.
Зона Б - переменного увлажнении, самая опасная в коррозионном отношении. По высоте эта зона располагается между верхней границей брызг воды и положением уровня акватории при его колебаниях. Этой зоне свойственны постоянная увлажнённость поверхности сооружения и постоянное наличие кислорода воздуха, что приводит к интенсивной коррозии. При отрицательных температурах воздуха
Коррозия строительных материалов и конструкций в морской среде
При возведении морских портовых гидротехнических -
в основном песок, камень, дерево, металлы, бетон и
. Морской, речной и карьерный песок (для намыва порта), а, щебень и гравий (для отсыпки полученные из твёрдых горных пород, коррозии в морит не подвергаются.
Дерево в гидротехнических сооружениях в настоящее время приценяется редко, в основном в северных районах. Конструкции из них В| 1||\шаются в море в результате гниения и деятельности древоточцев -моллюсков и ракообразных. В зависимости от режима (при влажности дерева 20-50%, температуре н-18-3(>"С) полное разрушение деревянных конструкций наступает за 3-5 лет. Древоточцы в благоприятных для себя условиях могут разрушить древесину в течение одного года.
|
|
Разрушение металлов (коррозия) в морской воде - электролите со слабощелочной реакцией с водородным показателем рН = 7,8...8,3 -происходит в результате их электрохимического взаимодействия. Этот процесс возникает самопроизвольно вследствие термодинамической неустойчивости системы металл - компоненты коррозионной среды, определяемой значением изобарного потенциала.
Суть коррозионного процесса заключается в удалении в морской воде атома из металлической решётки. Это происходит в результате двух независимых, но электрически связанных процессов: анодного - переход катионов металла в раствор и катодного - ассимиляция освобождённых электронов окислителем (рис. 4.44).
Окисление металла, то есть его растворение происходит на аноде, а восстановление окислителя — на катоде. Скорость коррозии определяется концентрацией кислорода и скоростью металла водой. Чем
энергичнее движение воды у поверхности металла и чем больше кислорода, тем интенсивнее коррозия. При недостатке кислорода про коррозии (ржавчина) имеют цвет от зеленого до чёрного, при и I оранжево-красный цвет.
Рис, 4.44. Принципиальная схема коррозионного процесса металла в морской воде: 1 - металл, 2 - раствор, 3 - анод, 4 - катод, 5 - электрон, 6 - ион металла, 7 - окислитель
Коррозия металлов измеряется либо потерей массы г/см" в год, либо скоростью углубления коррозии мм/год. Интенсивность коррозии сильно зависит от легирующих добавок, состояния поверхности металла, местных условий и колеблется в широких пределах. Так в зоне переменного уровня воды скорость коррозии составляет 0,4-0,6 мм/год и может достигать 1,25 мм/год, в подводной зоне 0,06-0,15 мм/год и в грунте ниже дна моря 0,01-0,03 мм/год. При наличии ржавчины и повышенной концентрации растворенного в воде кислорода скорость коррозии возрастает. При химическом воздействии морской воды на бетон могут происходить:
- выщелачивание, то есть растворение составных частей цемента в воде;
- образование новых веществ либо легкорастворимых, либо не обладающих вяжущими свойствами;
- образование новых веществ, которые, кристаллизуясь, увеличиваются в объёме и вызывают механическое разрушение бетона.
Коррозия выщелачивания обусловлена растворением гидрата окиси кальция, растворимость которого повышается в присутствии хлористого натрия. При длительном действии морской воды на бетон может произойти полное выщелачивание гидрата окиси кальция, что приведет к потере прочности бетона, иногда до 40-50% от первоначальной. Выщелачивание характерно для конструкций, через которые морская вода фильтрует под давлением (сухие доки, док-камеры). Солевой состав воды, проникая в поры бетона, постепенно растворяет так называемый цементный камень, образующий скелет бетона.
арматурная сталь. При плотном бетоне и достаточной толщи-
слоя коррозии арматуры не наблюдается, так как морская во-
порах цементного камня с высокой концентрацией гидрата окиси
пия имеет водородный показатель щелочной среды рН - 12-13. Такой
Палочной раствор, соприкасаясь с арматурой, то есть пере-
металл в пассивное состояние, в котором на его поверхности образу-
защитная плёнка окислов, и тем самым предотвращает коррозию.
При пористом бетоне или наличии глубоких трещин процесс карбонизации бетона быстро распространяется до зоны арматуры, и щёлочность воды понижается до рН -- 8,5-9.5, в результате чего создаются условия для начала коррозии. Имеющиеся в воде ионы хлора проникают к арматуре и. разрушая защитную плёнку окислов, также способствуют развитию коррозии арматуры.
Коррозия арматуры в бетоне имеет электрохимический характер, и скорость её определяется условиями диффузии кислорода к арматуре.
|
|
Влажность среды существенным образом влияет на интенсивность коррозии арматуры железобетона. При низкой влажности (менее 60%) затрудняется образование сплошной водяной плёнки па арматуре и электрохимическая реакция не развивается. Наиболее интенсивно развивается коррозия арматуры в области переменного уровня воды и выше, где влажность бетона составляет 65...80%. Образующиеся продукты коррозии, увеличиваясь в объёме, вызывают в защитном слое появление трещин. С течением времени защитный слой осыпается, арматура оголяется, и коррозия интенсивно развивается. В подводной зоне морских гидротехнических сооружений при сплошном заполнении пор бетона водой условия аэрации затрудняются, и коррозия резко замедляется.